物联网导论复习

第一章：概述物联网概念物联网是一个基于互联网、传统电信网等信息载体，让所有能被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。

普通对象设备化，自治终端互联化和普适服务智能化是其三个重要特征。

物联网的特征（特点）（1）普通对象设备化，自治终端互联化和普适服务智能化是其三个重要特征；（2）联网终端规模化：物联网时代每一件物品均具通信功能成为网络终端，5-10年内联网终端规模有望突破百亿；（3）感知识别普适化：无所不在的感知和识别将传统上分离的物理世界和信息世界高度融合；（4）异构设备互联化：各种异构设备利用无线通信模块和协议自组成网，异构网络通过“网关”互通互联。

（5）管理处理智能化：物联网高效可靠组织大规模数据，与此同时，运筹学，机器学习，数据挖掘，专家系统等决策手段将广泛应用于各行各业。

（6）应用服务链条化：以工业生产为例，物联网技术覆盖从原材料引进，生产调度，节能减排，仓储物流到产品销售，售后服务等各个环节。

物联网的起源与发展具有来源多样性物联网的核心技术(四层)根据信息生成、传输、处理和应用将物联网分为感知识别层、网络构建层、管理服务层和综合应用层。

物联网的发展趋势（1）更广泛的互联互通：互联互通的对象从人延伸到物体互联互通方式的扩展；（2）更透彻的感知：通信功能使传感器能够协同工作；（3）更深入的智能：多传感器实现“人多力量大”的智能；多维感知数据实现“防患于未然”的智能；大数据挖掘实现“见微知著”的智能；物联网的应用领域（1）智能交通：通过在基础设施和交通工具当中广泛应用信息、通讯技术来提高交通运输系统的安全性、可管理性、运输效能同时降低能源消耗和对地球环境的负面影响。

（2）智能物流：现代物流系统希望利用信息生成设备，如RFID设备、感应器或全球定位系统等种种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络，并能够在这个物联化的物流网络中实现智能化的物流管理；（3）智能建筑：物联网技术为绿色建筑带来了新的力量。

通过建立以节能为目标的建筑设备监控网络，将各种设备和系统融合在一起，形成以智能处理为中心的物联网应用系统，有效的为建筑节能减排提供有力的支撑。

（4) 环境监测：通过对人类和环境有影响的各种物质的含量、排放量、以及各种环境状态参数的检测，跟踪环境质量的变化，确定环境质量水平，为环境管理、污染治理、防灾减灾等工作提供基础信息、方法指引和质量保证。

第二章：自动识别技术的类别（1）光符号识别、语音识别（2）虹膜识别（3）指纹识别（4）IC技术（5）条形码技术。

IC卡原理、特点、分类原理：实际上是一种数据存储系统，如有必要还可附加计算能力。

特点：（1）存储容量大---几百个字符到百万个字符。

（2）安全保密性好---信息需要密码才能进行读取、修改和擦除。

（3）CPU卡具有数据处理能力，可以对数据进行加解密。

分类：（1）按芯片分类：存储器卡、CPU卡、逻辑加密卡；（2）其中CPU卡按与外界数据交换界面可分为接触式IC卡和非接触式IC卡，按应用领域可分为金融卡和非金融卡，按与外界数据传输形式分为串行通信卡和并行通信卡。

条形码技术原理、特点、一维条形码类别、二维条形码类别。

技术原理：条形码是由一组规则排列的条、空以及对应的字符组成的标记。

当使用专门的条形码识别设备如手持式条码扫描器扫描这些条码时，条码中包含的信息就转化为计算机可识别的数据。

特点:每种码制有其特定的字符集；每个字符占有一定的宽度；具有一定的校验功能等。

同时还具有对不同行的信息自动识别功能、以及处理图形旋转变化等特点。

一维条形码类别；UPC码、EAN码、ITF25码、Code39码、Codabar码、ISBN码、Code128码、Code93码；二维条形码类别：线性堆叠式二维码、矩阵式二维码、邮政码。

RFID技术原理与发展技术原理：阅读器（可以通过标准网口、RS232串口或USB接口同主机相连，通过天线同RFID标签通信。

有时为了方便，阅读器和天线以及智能终端设备会集成在一起形成可移动的手持式阅读器）。

天线（同阅读器相连，用于在标签和阅读器之间传递射频信号。

阅读器可以连接一个或多个天线）。

标签（进入RFID 阅读器扫描场以后，接收到阅读器发出的射频信号，凭借感应电流获得的能量发送出存储在芯片中的电子编码（被动式标签），或者主动发送某一频率的信号（主动式标签））。

频率（是RFID系统的一个很重要的参数，它决定了系统工作原理、通信距离、成本、天线形状和应用领域等因素）。

RFID技术标准与技术联盟显示RFID系统组成RFID系统由五个组件构成，包括：传送器、接收器、微处理器、天线、标签。

传送器、接收器和微处理器通常都被封装在一起，又统称为阅读器(Reader)，所以工业界经常将RFID系统分为为阅读器、天线和标签三大组件RFID标签特点、RFID标签的存储方式、标签分类标签特点：（1）体积小、形状多样；（2）耐环境性；（3）可重复使用；（4）穿透性强；（5）数据安全性。

标签存储方式：（1）电可擦可编程只读存储器（EEPROM）：一般射频识别系统主要采用EEPROM 方式。

这种方式的缺点是写入过程中的功耗消耗很大，使用寿命一般为100,000次；（2）铁电随机存取存储器（FRAM）: 与EEPROM相比，FRAM的写入功耗消耗减小100倍，写入时间甚至缩短1000倍。

FRAM属于非易失类存储器。

然而，FRAM 由于生产方面的问题至今未获得广泛应用。

（3）静态随机存取存储器（SRAM）: SRAM能快速写入数据，适用于微波系统，但SRAM需要辅助电池不间断供电，才能保存数据。

标签分类：（1）被动式标签（Passive Tag）：因内部没有电源设备又被称为无源标签。

被动式标签内部的集成电路通过接收由阅读器发出的电磁波进行驱动，向阅读器发送数据。

（2）主动标签（Active Tag）：因标签内部携带电源又被称为有源标签。

电源设备和与其相关的电路决定了主动式标签要比被动式标签体积大、价格昂贵。

但主动标签通信距离更远，可达上百米。

工作模式有主动模式和唤醒模式。

（3）半主动标签（Semi-active Tag）：兼有被动标签和主动标签的所有优点，内部携带电池，能够为标签内部计算提供电源。

这种标签可以携带传感器，可用于检测环境参数，如温度、湿度、是否移动等。

然而与主动式标签不同的是它们的通信并不需要电池提供能量，而是像被动式标签一样通过阅读器发射的电磁波获取通信能量。

RFID标签工作频率及各自特点低频（LF）范围为30kHz-300kHz，RFID典型低频工作频率有125kHz和133kHz 两个，该频段的波长大约为2500m。

低频标签一般都为无源标签，其工作能量通过电感耦合的方式从阅读器耦合线圈的辐射场中获得，通信范围一般小于1米。

高频（HF）范围为3 MHz -30 MHz，RFID典型工作频率为,该频率的波长大概为22米，通信距离一般也小于1米。

该频率的标签不再需要线圈绕制，可以通过腐蚀活字印刷的方式制作标签内的天线，采用电感耦合的方式从阅读器辐射场获取能量。

超高频（UHF）范围为300MHz-3GHz，3GHz以上为微波范围。

采用超高频和微波的RFID系统一般统称为超高频RFID系统，典型的工作频率为：433MHz，860-960MHz，，，频率波长大概在30厘米左右。

严格意义上，和属于微波范围。

超高频标签可以是有源标签与无源标签两种，通过电磁耦合方式同阅读器通信。

通信距离一般大于1米，典型情况为4-6米，最大可超过10米。

RFID标签防冲突算法第三章：无线传感器网无线传感器的发展趋势特点无线传感器节点并没有像摩尔定律预测的速度发展，及无线传感器性能是缓慢提升。

传感器组成、无线传感器节点的组成传感器组成：一般由敏感元件、转换元件和基本电路组成。

无线传感节点的组成：电池、传感器、微处理器、无线通信芯片无线传感器网络概念是由大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，以协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内被感知对象的信息，并最终把这些信息发送给网络的所有者。

制约传感器性能提升的因素有哪些（1）功耗的制约：无线传感节点一般被部署在野外，不能通过有线供电。

其硬件设计必须以节能为重要设计目标。

（2）价格的制约：无线传感节点一般需要大量组网，以完成特定的功能。

其硬件设计必须以廉价为重要设计目标。

（3）体积的制约：无线传感节点一般需要容易携带，易于部署。

其硬件设计必须以微型化为重要设计目标。

大规模长时间部署传感器的设计要求（1）低成本与微型化（2）低功耗（3）灵活性和扩展性（4）鲁棒性传感器的按工作原理的分类（1）电参数传感器（电阻式、电感式、电容式传感器）（2）压电式传感器（3）光电式传感器（一般光电式、光纤式、激光式、红外式等）（4）热电式传感器（5）半导体式传感器（6）波式和辐射式传感器。

微处理器的关键特性、通信芯片的重要指标(1)微处理器关键特性:功耗特性、唤醒时间、供电电压、运算速度、内存大小。

(2)通信芯片的重要指标：睡眠功耗、唤醒时间、发射功率、接收灵敏度、接受功耗。

常见的节点操作系统有哪些TinyOS系统、Contiki OS系统、Mantis OS系统、Nanno-RK系统、SenSpire OS系统等。

无线传感器网络中的选路指标-ETX（总传输次数）传输成功每个包需要的总传输次数（ETX, Expected Transmission Count)：Link throughput =1/Link ETX选路指标ETX的计算课本P55；数据收集协议和数据分发协议（1）数据收集协议：初始化阶段：网络中每个节点广播自己到汇聚节点的路径的ETX。

每个节点收到广播包之后，依据邻居节点广播的路径ETX，动态选择父节点，使得自己到汇聚节点的路径ETX尽量小。

经过不断更新，网络中的每个节点都能够选择到一条到汇聚节点ETX之和最小的路径。

（2）数据分发协议：Drip为每一个数据项分配一个版本号，版本号越高的数据为越新的数据。

网络中每个节点周期性的广播关于一个数据项的版本信息。

当一个Drip节点发现自己的数据需要更新时，则向邻居借点发送请求包。

Drip节点在收到请求包后即广播关于被请求数据项的包。

第四章：定位系统位置信息包括哪些方面（1）所在的地理位置（2）处在该地理位置的时间（3）处在该地理位置的对象（人或设备）。

现存的主流定位系统有哪些GPS定位系统的组成部分（1）卫星定位：GPS；（2）蜂窝基站定位；（3）室内精确定位；（4）WiFi基站定位；常见的定位技术有哪些TOA、TDOA、RSS等（1）基于距离（时间）的定位（Time of Arrival, ToA）（2）基于距离（时间）差的定位（Time Difference of Arrival, TDoA）（3）基于信号特征的定位（Received Signal Strength, RSS）。